يمكن لكاميرا جديدة عالية الدقة تعمل بالأشعة تحت الحمراء مزودة بمجموعة متنوعة من المرشحات خفيفة الوزن دراسة ضوء الشمس المنعكس من الغلاف الجوي العلوي للأرض وسطحها، وتحسين تحذيرات حرائق الغابات، والكشف عن التركيب الجزيئي للكواكب الأخرى. تستخدم الكاميرات مستشعرات شبكية فائقة الحساسية وعالية الدقة، تم تطويرها في البداية باستخدام تمويل البحث والتطوير الداخلي (IRAD) في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند.
إن بنيتها المدمجة وكتلتها المنخفضة وقدرتها على التكيف تسمح للمهندسين مثل تيلاك هيفاغاما بالتكيف مع احتياجات العلوم المختلفة. وقال هيواغاما: “إن توصيل المرشحات مباشرة بالكاشف يلغي الكتلة الكبيرة من أنظمة العدسات والمرشحات التقليدية”. “إنه يسمح لنا بإنشاء ملف أداة منخفضة الكتلة ذات مستوى بؤري صغير يمكن الآن تبريد أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء باستخدام مبردات أصغر حجمًا وأكثر كفاءة. “يمكن للأقمار الصناعية والبعثات الصغيرة الاستفادة من دقة هذه الدقة.”
قاد المهندس مرسي جابوالا التطوير الأولي للمستشعر في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند، بالإضافة إلى جهود تكامل المرشح المستمرة. قاد جابوالا أيضًا تجربة كاميرا التصوير الحراري المدمجة في محطة الفضاء الدولية. تكنولوجيا الاستشعار الجديدة يمكن أن تعيش في الفضاء وفي الوقت نفسه، تبين أنه يمثل نجاحًا كبيرًا لعلم الأرض. تم التقاط أكثر من 15 مليون صورة في نطاقين من الأشعة تحت الحمراء، وحصل المخترعان جابوالا وزملاؤه في ناسا جودارد دون جينينغز وكومبتون تاكر على جائزة الوكالة لعام 2021 لاختراع العام.
بيانات الاختبار يقدم معلومات مفصلة عن حرائق الغاباتفهم أفضل للبنية العمودية لسحب الأرض والغلاف الجوي، والتقاط تقلبات الرياح من السمات الطبوغرافية للأرض المعروفة باسم موجات الجاذبية.
تستخدم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء المبتكرة طبقات من الهياكل الجزيئية المتكررة للتفاعل مع الفوتونات الفردية، أو وحدات الضوء. تقوم أجهزة الاستشعار بتحليل الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء العالية بدقة عالية: 80 مترًا لكل بكسل من المدار، مقارنة بـ 375 إلى 1000 متر في الكاميرات الحرارية الحالية.
لقد أدى نجاح كاميرات التصوير الحراري هذه إلى جذب الاستثمار مكتب تكنولوجيا علوم الأرض (ESTO) التابع لناسا، والابتكار والأبحاث في مجال الأعمال الصغيرة، وبرامج أخرى لتخصيص مهمتهم وتطبيقاتهم بشكل أكبر.
يقوم جابوالا وفريق الاستشعار الحراري بالأشعة تحت الحمراء للتصوير الأرضي المتقدم (ALTIRS) التابع لناسا بتطوير نسخة من ستة نطاقات لبرنامج Airborne Lidar والتصوير الفائق الطيفي والحراري (G-LHD) لهذا العام. وأضاف أن الكاميرا، وهي الأولى من نوعها، ستقوم بقياس درجات حرارة السطح ومراقبة التلوث وتتبع الحرائق بمعدلات إطارات عالية.
يقود عالم الأرض التابع لناسا جودارد، دوج مورتون، مشروع ESTO، الذي يعمل على تطوير جهاز تصوير مدمج للحرائق للكشف عن حرائق الغابات والتنبؤ بها. وقال مورتون: “لن نرى حرائق أقل، لذلك نحاول أن نفهم كيف تطلق الحرائق الطاقة طوال دورة حياتها”. «“سيساعدنا هذا على فهم الطبيعة الجديدة للنار بشكل أفضل في عالم قابل للاشتعال بشكل متزايد.”
يقوم CFI بمراقبة الحرائق الأكثر سخونة، والتي تنبعث منها المزيد من غازات الدفيئة، والفحم والرماد الأكثر برودة وسخونة، والتي تنتج المزيد من أول أكسيد الكربون والجزيئات المحمولة جواً مثل الدخان والرماد. وقال مورتون “إنها مكونات أساسية للحفاظ على الغازات الدفيئة الناتجة عن الحرق وفهمها”.
وبعد اختبار جهاز تصوير الحرائق في الحملات الجوية، توقع فريق مورتون تجهيز أسطول مكون من 10 أقمار صناعية صغيرة لتوفير معلومات حول الحرائق العالمية بمزيد من الصور يوميًا. وقالت فاير، إن هذه المعلومات، إلى جانب نماذج الكمبيوتر من الجيل التالي، “ستساعد إدارة الغابات ووكالات الإطفاء الأخرى على منع الحرائق، وتحسين سلامة رجال الإطفاء في الخطوط الأمامية، وحماية أرواح وممتلكات السكان في المنطقة”.
وقال تونغ وو، عالم غودارد للأرض التابع لناسا، إن المستشعر المجهز بمرشحات استقطابية يمكنه قياس كيفية تشتيت واستقطاب جزيئات الجليد الموجودة في السحب الموجودة في الغلاف الجوي العلوي للأرض للضوء.
هذه التطبيقات تكمل مهمة PACE وقال وو: (العوالق، الهباء الجوي، السحابة، النظام البيئي للمحيطات) من وكالة ناسا، التي كشفت عن صورها الضوئية الأولى في وقت سابق من هذا الشهر. كلاهما يقيس استقطاب اتجاه موجات الضوء بالنسبة لاتجاه السفر من أجزاء مختلفة من طيف الأشعة تحت الحمراء.
وأوضح أن “مقاييس استقطاب PACE تراقب الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة”. “ستركز هذه المهمة على علوم الهباء الجوي ولون المحيطات من عمليات الرصد النهارية. وفي الأطوال الموجية المتوسطة والطويلة للأشعة تحت الحمراء، سيلتقط مقياس الاستقطاب الجديد للأشعة تحت الحمراء خصائص السحابة والسطح من عمليات الرصد النهارية والليلية.
وفي جهد آخر، يعمل هواجاما مع زابوالا وجينينغز الجمع بين المرشحات المتغيرة الخطية يوفر المزيد من التفاصيل داخل طيف الأشعة تحت الحمراء. تكشف المرشحات عن دوران واهتزاز جزيئات الغلاف الجوي وتكوين سطح الأرض.
وقال عالم الكواكب غاري أندرسون إن هذه التكنولوجيا يمكن أن تفيد أيضًا البعثات إلى الكواكب الصخرية والمذنبات والكويكبات. وقال إنهم تمكنوا من التعرف على الجليد والمركبات المتطايرة المنبعثة من أعمدة عملاقة من قمر زحل إنسيلادوس. “إنها في الأساس ينابيع جليدية، بالطبع، باردة، لكنها تنبعث من الضوء ضمن حدود الكشف لمستشعر الأشعة تحت الحمراء الجديد. إن مراقبة الأعمدة على خلفية الشمس ستسمح لنا بالتعرف على تكوينها وتوزيعها الرأسي بشكل واضح للغاية”. انتهى.
